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A motor assíncrono trifásico é uma máquina CA que transforma energia elétrica trifásica em energia mecânica rotativa por meio de indução eletromagnética, em vez de por meio de uma conexão elétrica direta ao rotor. Um campo magnético rotativo é produzido nos enrolamentos do estator, e este campo induz corrente nas barras do rotor, que por sua vez gera torque. A velocidade do rotor sempre segue a velocidade do campo giratório por uma pequena margem chamada escorregamento, e é exatamente por isso que esta máquina também é conhecida como motor de indução trifásico .
Por não precisar de escovas, nem de excitação externa do rotor, nem de capacitor para dar partida, o motor assíncrono trifásico tornou-se o padrão motor elétrico trifásico para fábricas, oficinas e plantas utilitárias. As gamas de produtos típicas abrangem desde pequenas unidades fracionárias em torno de 0,09 kW até tamanhos de estrutura grandes em torno de 375 kW, com opções de enrolamento de 2, 4, 6 e 8 pólos cobrindo tudo, desde ventiladores de alta velocidade para cargas leves até transportadores de baixa velocidade para cargas pesadas. As caixas são geralmente construídas em ferro fundido de alta resistência ou liga de alumínio leve, combinadas com isolamento Classe F e classificação de proteção IP55 para exposição a poeira e água leve.
Em suma, quando alguém procura um Motor de indução trifásico or a motor CA trifásico , quase sempre descrevem a mesma família de máquinas. As seções restantes abaixo explicam como ele funciona, do que é feito, como ler sua placa de dados e como dimensioná-la corretamente para um determinado trabalho.
Três grupos de enrolamentos separados são colocados a 120 graus elétricos de distância dentro do estator. Quando a corrente trifásica flui através deles em sequência, o campo magnético combinado não permanece fixo em um ponto – ele gira em torno do interior do furo do estator a uma velocidade conhecida como velocidade síncrona. A velocidade síncrona depende apenas da frequência de alimentação e do número de pólos enrolados no estator, seguindo a relação Ns = 120 x f/P, onde f é a frequência em hertz e P é a contagem de pólos.
As barras do rotor ficam dentro deste campo rotativo, mas não estão fisicamente conectadas à fonte de alimentação. À medida que o campo passa pelo rotor, ele induz uma tensão e uma corrente nas barras do rotor, e essa corrente induzida produz seu próprio campo magnético. A interação entre o campo do estator e o campo induzido do rotor cria um torque que arrasta o rotor, mas o rotor nunca consegue alcançar o campo - se o fizesse, nenhum movimento relativo permaneceria para induzir a corrente em primeiro lugar. Essa diferença de velocidade, normalmente uma pequena porcentagem da velocidade síncrona sob carga normal, é o escorregamento que define uma máquina assíncrona (indução).
Ao contrário de um projeto monofásico, um motor assíncrono trifásico produz um campo genuinamente rotativo a partir do momento em que a energia é aplicada, portanto, é inerentemente de partida automática e não depende de um capacitor de partida ou enrolamento auxiliar. Esta é uma das razões pelas quais um motor de indução trifásico é geralmente preferido, uma vez que o tamanho da carga ou o ciclo de trabalho ultrapassam o que uma pequena unidade monofásica pode suportar confortavelmente.
Cada motor assíncrono trifásico é construído a partir de um pequeno conjunto de peças que se repetem em todos os tamanhos de carcaça, desde uma unidade compacta com carcaça de alumínio até um grande motor industrial trifásico em ferro fundido. A ilustração abaixo identifica as seções principais referenciadas nas descrições a seguir.
Layout estrutural simplificado de uma carcaça típica de motor assíncrono trifásico
O estator é uma pilha de finas laminações de aço silício prensadas em uma estrutura de ferro fundido ou liga de alumínio, com bobinas de cobre inseridas em ranhuras ao redor do furo interno. A pilha de laminação limita as perdas por correntes parasitas, enquanto a própria estrutura confere ao motor sua resistência mecânica e sua superfície de montagem.
A maioria das unidades industriais usa um rotor de gaiola de esquilo, onde barras de alumínio ou cobre são fundidas em um núcleo laminado do rotor e curto-circuitadas em ambas as extremidades por anéis finais. Este projeto não possui enrolamentos para isolar e nem anéis coletores para manutenção, o que é um dos principais motivos pelos quais um motor de indução trifásico é considerado simples de manter funcionando por longos períodos.
Um ventilador externo montado na extremidade oposta ao acionamento puxa o ar através das aletas nervuradas na superfície da estrutura, mantendo a temperatura do enrolamento dentro do limite de isolamento Classe F. As proteções finais mantêm os rolamentos no lugar e mantêm o rotor centralizado dentro do furo do estator, enquanto a caixa de terminais fornece um ponto de conexão vedado para os cabos de alimentação de entrada.
A contagem de pólos é uma das primeiras escolhas a serem feitas ao comparar um motor elétrico trifásico para uma determinada aplicação, porque fixa a velocidade básica de funcionamento antes de qualquer caixa de engrenagens ou acionamento ser adicionado. Em uma alimentação de 50 Hz, a velocidade síncrona para contagens de pólos comuns é mostrada abaixo.
Velocidade síncrona por contagem de pólos em uma frequência de alimentação de 50 hertz
| Contagem de pólos | Velocidade Síncrona | Dever Típico |
|---|---|---|
| 2 pólos | 3000rpm | Bombas, ventiladores de alta velocidade, compressores |
| 4 pólos | 1500rpm | Máquinas-ferramentas em geral, transportadores |
| 6 pólos | 1000rpm | Ventiladores maiores, mixers, drives de baixa velocidade |
| 8 pólos | 750 rpm | Transmissão para carga pesada e baixa velocidade |
Os rótulos das classes de eficiência descrevem quanta entrada elétrica um motor perde como calor, em vez de ser convertida em potência do eixo. A escala de nomenclatura vai de IE1 a IE4, com cada etapa representando uma redução adicional nas perdas através de melhor aço laminado, condutores de cobre mais espessos e entreferros mais estreitos. Um Motor trifásico IE3 está na faixa premium desta escala, enquanto um Motor trifásico IE4 está um passo acima, voltado para aplicações de serviço contínuo onde as horas de funcionamento são altas o suficiente para que perdas mais baixas se traduzam em uma redução significativa no desperdício de energia ao longo da vida útil da máquina.
Comparação ilustrativa da progressão da eficiência relativa entre classes; os números reais variam de acordo com a potência de saída e a contagem de pólos
Na prática, a classe necessária depende do padrão de execução. Um motor que opera apenas algumas horas por semana geralmente não justifica perseguir a classe mais alta disponível, enquanto um motor funcionando continuamente em uma linha de ventilador, bomba ou compressor é um forte candidato para a banda IE3 ou IE4 porque as horas acumuladas amplificam até mesmo uma pequena diferença percentual nas perdas.
A eficiência e o fator de potência de um motor de indução trifásico não são números fixos; eles se movem de acordo com a intensidade da carga do motor em relação à sua potência nominal. A forma geral desta relação é consistente em toda a família de produtos, embora os números exatos mudem com o tamanho do quadro.
Forma típica da curva de eficiência em relação à porcentagem de carga da saída nominal
A eficiência geralmente aumenta rapidamente à medida que a carga aumenta a partir de uma carga parcial leve, atinge um pico amplo em algum lugar entre cerca de setenta e cinco e cem por cento da produção nominal e, em seguida, diminui ligeiramente sob sobrecarga. É por isso que dimensionar um motor para funcionar próximo ao seu ponto nominal, em vez de profundamente subcarregado, tende a proporcionar eficiência e fator de potência mais constantes durante um turno.
O material da estrutura afeta o peso, a dissipação de calor e a rigidez de montagem. As carcaças de ferro fundido e de liga de alumínio permanecem comuns no mercado de motores trifásicos industriais, e a escolha certa geralmente se resume ao equilíbrio entre peso e massa térmica exigido por uma determinada instalação.
| Atributo | Carcaça de Ferro Fundido | Carcaça de liga de alumínio |
|---|---|---|
| Peso relativo | Mais pesado | Mais leve |
| Dissipação de calor | Alta massa térmica | Resfriamento de superfície mais rápido |
| Faixa de quadros típica | Tamanhos de quadro médios a grandes | Tamanhos de quadro pequenos a médios |
| Configuração comum | Serviço industrial pesado contínuo | Equipamentos de uso geral e móveis |
Independentemente do material da carcaça, o próprio sistema de enrolamento é normalmente construído com isolamento Classe F, proporcionando margem contra aumento de temperatura durante a partida e sobrecarga de curto prazo, enquanto uma classificação IP55 mantém poeira e jatos de água direcionados longe dos enrolamentos internos na oficina e em ambientes externos adjacentes.
Muitos compradores que pesquisam um motor assíncrono trifásico estão, na verdade, comparando-o com uma alternativa monofásica para uma aplicação limítrofe. A comparação do radar abaixo alinha seis atributos práticos lado a lado.
A área azul representa um motor assíncrono trifásico, a área laranja representa um motor monofásico comparável, em uma escala relativa ilustrativa
Como começa com um campo rotativo genuíno, um motor assíncrono trifásico tende a fornecer um torque de partida mais forte por unidade de tamanho de carcaça, juntamente com uma eficiência de funcionamento mais estável na carga nominal. Um motor monofásico ainda pode ser uma opção razoável para ferramentas residenciais leves ou pequenas oficinas onde a alimentação trifásica não está disponível, mas quando a carga, o ciclo de trabalho ou a demanda de torque aumentam, um motor CA trifásico é geralmente a rota mais prática para serviço industrial contínuo.
A combinação de uma ampla faixa de potência, múltiplas opções de pólos e construção robusta é a razão pela qual um motor de indução trifásico aparece em uma gama tão ampla de tipos de equipamentos.
Na indústria transformadora, energia, mineração, construção, têxteis, impressão e maquinaria portuária, o requisito subjacente é basicamente o mesmo: um motor industrial trifásico fiável que possa funcionar durante longos períodos com necessidades de manutenção previsíveis, em vez de paragens frequentes não planeadas.
Alguns aplicativos precisam de mais de uma velocidade fixa em um único quadro. Os enrolamentos de velocidade de múltiplas etapas permitem que um motor seja reconectado entre duas ou mais contagens de pólos, proporcionando uma maneira grosseira, mas confiável, de mudar a velocidade sem um inversor de frequência variável separado.
Onde uma carga precisa parar e manter a posição rapidamente, como em talhas ou mesas de indexação, um freio eletromagnético integrado fixa o eixo no momento em que a energia é removida, encurtando o tempo de desaceleração e melhorando a precisão do posicionamento.
O emparelhamento de um motor assíncrono trifásico com um inversor de frequência variável permite que a velocidade seja ajustada suavemente em uma ampla faixa, o que é comum em ventiladores, bombas e transportadores onde o fluxo ou a produtividade precisam acompanhar uma mudança na demanda do processo, em vez de funcionar em uma única velocidade fixa.
Para instalações de mineração de carvão, petroquímica e outras instalações em áreas perigosas, os invólucros à prova de explosão contêm qualquer arco interno ou faíscas, de modo que não possam inflamar gases ou poeiras inflamáveis circundantes, permitindo que um motor elétrico trifásico opere com segurança em zonas onde um invólucro aberto padrão não seria apropriado.
Trabalhar na ordem a seguir geralmente estreita o campo rapidamente, seja o alvo uma pequena unidade alojada em alumínio ou um grande motor industrial trifásico em ferro fundido.
Uma fórmula inicial simples para potência trifásica é P (kW) = (raiz três x V x I x fator de potência x eficiência) / 1000, usando tensão de linha V e corrente de linha I. Para uma carga mecânica conhecida, a potência do eixo em kW também pode ser estimada a partir de torque e velocidade como P = (torque em Nm x velocidade em rpm) / 9550, e então arredondada para a próxima classificação de quadro padrão com uma margem inicial razoável.
Potência e quilowatts descrevem a mesma produção usando unidades diferentes, relacionadas em aproximadamente 1 HP = 0,746 kW. Em vez de escolher um valor de potência isoladamente, ajuda a trabalhar retroativamente a partir dos dados do fabricante do equipamento acionado ou da corrente de funcionamento medida, uma vez que um motor subdimensionado funcionará quente sob carga normal, enquanto um motor superdimensionado carrega peso desnecessário e um fator de potência operacional mais baixo em carga parcial.
Um motor de indução trifásico é mecanicamente simples, mas uma rotina curta ainda ajuda muito a manter as horas de funcionamento previsíveis.
Seguir um cronograma simples como este tende a prolongar consideravelmente mais a vida útil prática de um motor CA trifásico do que reagir somente após o aparecimento de uma falha.
Q1. O que é um motor assíncrono trifásicoÉ um motor CA que utiliza um campo magnético rotativo no estator para induzir corrente no rotor, criando torque sem qualquer conexão elétrica direta com o próprio rotor. | Q2. Como funciona um motor de indução trifásicoA corrente trifásica nos enrolamentos do estator produz um campo rotativo; este campo induz corrente nas barras do rotor, e a interação entre os dois campos gira o eixo. |
Q3. Qual é a diferença entre um motor assíncrono e um motor de induçãoEles descrevem a mesma máquina. Assíncrono refere-se à velocidade do rotor atrasada em relação à velocidade do campo, enquanto indução se refere a como a corrente atinge o rotor, por meio de indução em vez de uma conexão direta. | Q4. Quais são as vantagens de um motor de indução trifásicoConstrução simples em gaiola de esquilo, partida automática sem capacitor, velocidade de funcionamento constante sob carga variável e uma ampla faixa de potência disponível, de quilowatts fracionários a centenas de quilowatts. |
Q5. Para que servem os motores trifásicosVentiladores, bombas, compressores, transportadores, máquinas-ferramentas e equipamentos industriais em geral em ambientes de manufatura, energia, mineração, têxteis e manuseio portuário. | Q6. Como escolho um motor de indução trifásicoComece com o tipo de carga acionada e a velocidade necessária, dimensione a potência do eixo com uma margem inicial e, em seguida, combine a contagem de pólos, o alojamento e a classificação de proteção com o ambiente de instalação. |
Q7. Como calculo o tamanho do motor que precisoEstime a potência do eixo a partir do torque de carga e da velocidade usando P igual ao torque vezes a velocidade dividido por 9550 e, em seguida, arredonde para a classificação padrão mais próxima da estrutura com uma margem razoável. | Q8. Como escolho a potência do motorTrabalhe com base na necessidade real de energia do equipamento acionado, em vez de adivinhar, convertendo entre cavalos de potência e quilowatts usando aproximadamente 1 HP equivale a 0,746 kW. |
Q9. Quantos pólos meu motor deve terEscolha a contagem de pólos cuja velocidade síncrona esteja mais próxima da velocidade de saída desejada, pois isso geralmente reduz o tamanho de qualquer caixa de engrenagens adicional ou redução de polia necessária. | Q10. Que manutenção um motor trifásico precisaA atenção rotineira ao fluxo de ar de resfriamento, lubrificação dos rolamentos, níveis de vibração e conexões da caixa de terminais abrange a maior parte do que mantém uma unidade funcionando de maneira confiável ao longo do tempo. |
